水处理综合实验 (6个实验中5个在这)

1、实验一 混凝实验一、实验目的1掌握混凝实验操作方法，观察矾花形成过程及混凝沉淀效果。2通过实验确定混凝剂的最佳投药量。二、实验设备1六联搅拌机一台2浊度仪一台31000mL烧杯6个4250mL烧杯6个5温度计、2mL移液管、5mL移液管等各1个三、实验原理混凝是通过向水中投加药剂使胶体物质脱稳并聚集成较大的颗粒，以使其在后续的沉淀过程中分离或在过滤过程中能被截除。混凝是给水处理中的一个重要工艺过程。天然水中由于含有各种悬浮物、胶体和溶解物等杂质，呈现出浊度、色度、臭和味等水质特征。其中胶体物质是形成水中浊度的主要因素。由于胶体物质本身的布朗运动特性以及所具有的电荷特性(电位)在水中可以长期保持

2、分散悬浮状态，即具有稳定性，很难靠重力自然沉降而去除。通过向水中投加混凝剂可使胶体的稳定状态破坏，脱稳之后的胶体颗粒则可借助一定的水力条件通过碰撞而彼此聚集絮凝，形成足以靠重力沉淀的较大的絮体，从而易于从水中分离，所以，混凝是去除水中浊度的主要方法。在给水处理工艺中，向原水投加混凝剂，以破坏水中胶体颗粒的稳定状态，使颗粒易于相互接触而吸附的过程称为凝聚。其对应的工艺过程及设备在工程上称为混合(设备)；在一定水力条件下，通过胶粒间以及和其他微粒间的相互碰撞和聚集，从而形成易于从水中分离的物质，称为絮凝。其对应的工艺设备及过程在工程上称为絮凝(设备)。这两个阶段共同构成了水的混凝过程。混凝技术不仅

3、在给水处理方面得以应用，同时在处理城市污水、工业废水和污泥浓缩、脱水等方面也得到了广泛应用。（一）混凝机理 水的混凝现象及过程比较复杂，混凝的机理随着所采用的混凝剂品种、水质条件、投加量、胶体颗粒的性质以及介质环境等因素的不同，一般可分为以下几种。1电性中和电性中和又分为压缩双电层和吸附电中和两种。通过投加电解质压缩扩散层以导致胶粒间相互凝聚的作用机理称为压缩双电层作用机理。这种机理主要以静电原理(现象)为基础解释游离态离子(简单离子)对胶体产生的脱稳作用。吸附电中和是指当采用铝盐或铁盐作为混凝剂时，高价金属离子在水中以水解聚合离子状态存在，随溶液pH的不同可以产生各种不同的水解产物。这些产物

4、由于氢键、共价键或范德华力的作用而对胶体颗粒产生一种特异的吸附能力。利用这种吸附能力，这些离子可直接进入滑动面内与胶核上的电位离子发生吸附中和作用，这种吸附不受电性中和的约束，只要有吸附空位就会发生。这种由于异号离子、异号胶粒或高分子带异号电荷部位与胶核表面的直接吸附作用而产生的电性中和，从而降低了静电斥力(电位)使胶体脱稳的机理，称为吸附电中和作用机理。2吸附架桥作用机理吸附架桥作用机理主要用来解释高分子混凝剂的作用过程。高分子混凝剂多为一种松散的网状长链式结构，分子量高，分子大，具有能与胶粒表面某些部位作用的化学基团，对水中胶粒产生强烈的吸附作用和粘结桥连作用。当向溶液投加高分子物质时，胶

5、体微粒与高分子物质之间产生强烈的吸附作用，这种吸附主要由于各种物化过程，如氢键、共价键，范德华力等以及静电作用(异号集团，异号部位)共同产生，与高分子物质本身结构和胶体表面的化学性质特点有关；某一高分子基团与胶粒表面某一部位产生特殊的反应而互相吸附后，该高分子的其余部位则伸展在溶液中，可以与另一表面有空位的胶粒吸附，这样就形成了一个“胶粒一高分子一胶粒”的絮凝体，高分子起到了对胶粒进行架桥连接的作用。通过高分子链状结构吸附胶体，微粒可以构成一定形式的聚集物，从而破坏胶体系统的稳定性。3沉淀物的卷扫(网捕)作用当金属盐作混凝剂时，如果投加量非常大，足以达到沉析金属氢氧化物或金属碳酸盐时，水中的胶

6、体颗粒可被这些沉析物在形成时所卷扫(网捕)，从而随之一起沉淀。此时胶体颗粒的结构并没有大的改变，基本上是一种机械作用，只是成为金属氢氧化物沉淀形成的核心。上述这三种混凝机理在水处理过程中不是各自孤立的现象，而往往是同时存在的，只不过随不同的药剂种类、投加量和水质条件而发挥作用程度不同，以某一种作用机理为主。对于水处理中常用的高分子混凝剂来说，主要以吸附架桥机理为主；而无机的金属盐混凝剂则电性中和和粘结架桥作用同时存在；当投量很多时，还会有卷扫作用。 （二）影响混凝效果的因素 由于胶体的混凝过程比较复杂，原水水质又各异，因此混凝效果的好坏受许多因素的彰响，主要有水温、水的pH和碱度、原水水质、水

7、力条件及混凝剂种类及投加量等。分述如下。1水温的影响水温对混凝效果有明显影响。水温低时，即使增加混凝剂的投加量往往也难以取得良好的混凝效果，生产实践中表现为絮体细小、松散，沉淀效果差。温度对混凝效果产生影响的主要原因为水温影响药剂溶解速度：无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温时混凝剂水解困难；水温影响水的黏滞性：低温水的黏度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于胶粒脱稳凝聚；同时，水的黏度大，水流剪力也增大，影响絮体的成长；水温还对胶体颗粒的水化膜形成有影响：水温低时，胶体颗粒水化作用增强，水化膜增厚，妨碍胶体凝聚，而且水化膜内的水由于黏度和重度增大，影响了颗粒之间粘附强度。 2

8、pH的影响对于不同的混凝剂，水的pH的影响程度也不相同。对于聚合形态的混凝剂，如聚合氯化铝和有机高分子混凝剂，其混凝效果受水体pH的影响程度较小。铝盐和铁盐混凝剂投入水中后的水解反应过程，其水解产物直接受到水体pH的影响，会不断产生H+，从而导致水的pH降低。水的pH直接影响水解聚合反应，亦即影响水解产物的存在形态。因此，要使pH保持在合适的范围内，水中应有足够的碱性物质与H+中和。天然水中都含有一定的碱度，对pH有一定缓冲作用。当水中碱度不足或混凝剂投量大，pH下降较多时，不仅超出了混凝剂的最佳作用范围，甚至影响混凝剂的继续水解，因此，水中碱度高低对混凝效果影响程度较大，有时甚至超过原水pH

9、的影响程度。所以，为了保证正常混凝所需的碱度，有时就需考虑投加碱剂(石灰)以中和混凝剂水解过程中所产生的H+。每一种混凝剂对不同的水质条件都有其最佳的pH作用范围，超出这个范围则混凝的效果下降或减弱。3原水水质的影响对于处理以浊度为主的地表水，主要的水质影响因素是水中悬浮物含量和碱度，水中电解质和有机物的含量对混凝也有一定的影响。水中悬浮物含量很低时，颗粒碰撞机率大大减小，混凝效果差，通常采用投加高分子助凝剂或矾花核心类助凝剂等方法来提高混凝效果。如果原水悬浮物含量很高，如我国西北、西南等地区的高浊度水源，为了使悬浮物达到吸附电荷中和脱稳，铝盐或铁盐混凝剂的投加量将需大大增加，为减少混凝剂投量

10、，一般在水中先投加高分子助凝剂，如聚丙烯酰胺等。4水力条件的影响混合、絮凝阶段的G和GT值不同，是混凝工艺过程中的重要控制参数。甘布(T·R·Camp)和斯泰因(PcStein)通过一个瞬间受剪力而扭转的单位体积水流所消耗的功率来计算G值。根据碰撞能量的来源的不同，可采用式（2-3）和（2-4）来计算G值。机械搅拌： （2-3）式中，单位体积流体所耗功率（W/m3）； 水的动力黏滞系数，可查表。水力搅拌： （2-4）式中，水的运动黏度（m2/s）； 经混凝设备的水损（m）； 水流在混凝设备中的停留时间（s）； 重力加速度（m2/s）。式（2-3）、式（2-4）两个值计算公式

11、就是著名的甘布公式。从药与水混合到絮体形成是整个混凝工艺的全过程。根据所发生的作用不同，混凝分为混合和絮凝两个阶段，分别在不同的构筑物或设备中完成。在混合阶段，以胶体的异向凝聚为主，要使药剂迅速均匀地分散到水中以利于水解、聚合及脱稳。这个阶段进行得很快，特别是Al3+、Fe3+盐混凝剂，所以必须对水流进行剧烈、快速的搅拌。要求的控制指标为：混合时间1030 s，2 min；搅拌强度以值表示，控制在：7001000(s-1)。在絮凝阶段，主要以同向絮凝(以水力或机械搅拌促使颗粒碰撞絮凝)为主。同向絮凝效果与速度梯度和絮凝时间有关。由于此时絮体已经长大，易破碎，所以值比前一阶段减小，即搅拌强度或水

12、流速度应逐步降低。主要控制指标为：平均值=2070 s-1，平均GT值：1×1041×105。5混凝剂投加量投加量过少效果难以保证，而过多又会造成浪费，对某些混凝剂来说投量过大还会影响混凝效果。混凝剂的最佳投加量是指能达到水质目标的最小投加量。最佳投药量具有技术经济意义，最好通过烧杯试验确定。如何根据原水水质、水量变化和既定的出水水质目标，确定最优混凝剂投加量，是水厂生产管理中的重要内容。根据实验室混凝烧杯搅拌试验确定最优投加量，简单易行，是经常采用的方法之一。由于原水的水质复杂，影响因素多，在混凝过程中，对于混凝剂品种的选用和最佳投药量的决定，通常通过原水混凝实验来决定。

13、混凝实验的目的即在于利用少量原水、少量药剂并模拟生产中的混凝处理过程，解决上述问题，提供设计及生产上的依据。实验设备是一台具有六个转杆的同步变速搅拌机，由调压变压器实现无级变速。实验时用六个烧杯盛等量水样，分别加入不同用量的药剂，经快速、中速、慢速搅拌及沉淀，比较不同烧杯中水样的处理效果。由于六个水样系在完全相同的条件下进行混凝的，所以它们之间效果的差异，经过分析比较就可以决定最佳投药量，改变搅拌机的转速及控制搅拌时间，可以达到模拟水厂的混凝过程的效果，所得的投药量即为接近水厂生产运转中的最佳投药量。四、实验步骤1熟悉混凝搅拌机和浊度仪的操作方法，确定原水的浊度、温度、pH值。2用1000mL

14、烧杯取水样6杯，放入搅拌机中，将混凝剂用移液管加入药管，实验中混凝剂投加量分别为（mg/L）：0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5。3对混凝搅拌机进行编程，设定四个运行步骤：（1）搅拌机快速搅拌转速为300r/min，投药1次，搅拌0.5min；（2）中速搅拌转速为150r/min，搅拌5min；（3）慢速搅拌转速为80r/min，搅拌10min；（4）沉淀10min。4对混凝搅拌机运行以上程序，并观察和记录矾花形成过程。5关闭搅拌机，对六个水样分别取150mL上清液于250mL烧杯中，测出六个上清液的浊度，并将所测数据记在混凝实验记录表中。五、实验数据整理1实验表格表2-2 实验数

15、据整理记录表原水水温： 原水浊度： 原水pH值：混凝剂种类：水样编号123456混凝剂投加量（mg/L）沉淀后上清液浊度（mg/L）2记录矾花形成过程。3由表中数据绘制投药量与沉淀后上清液浊度的关系曲线，并求出最佳投药量。六、思考题1当投药量最大时，为什么混凝效果不一定好？2简述影响混凝效果的因素。3计算混凝过程中快、中、慢速搅拌时的G值和平均G值及GT值（实验中叶轮直径为50mm，宽度为40mm）。搅拌机的功率按下式计算：（kg·m/s）式中， 叶轮直径（m）；n为叶轮转速（r/s）； 水的密度（1000/9.81kg·s2/m2）； 水的动力粘滞系数（kg·s

16、/m3）。P1000×0.75W （kg·m/s·m3）式中，0.75为校正系数。实验八 清水充氧实验一、 实验目的1掌握清水充氧的实验方法；2计算曝气设备的氧总转移数Klas；3计算叶轮的充氧能力。二、 实验原理所谓曝气就是人为的通过一些设备，加速向水中传递氧的的种过程。现行通用曝气方法主要有三种，即鼓风曝气、机械曝气、鼓风机械曝气。对于氧转移的机理在水处理界比较公认的就是刘易斯（Lewis）与怀特曼（Whitman）创建的双膜理论。它的内容是：在气液两相接触界面两侧存在着气膜和液膜，它们处于层流状态，气体分子从气相主体以分子扩散的方式经过气膜和液膜进人液相主体

17、，氧转移的动力为气膜中的氧分压梯度和液膜中的氧的浓度梯度，传递的阻力存在于气膜和液膜中，而且主要是存在于液膜中。 影响氧转移的因素主要有温度、污水性质、氧分压、水的亲流程度、气液之间接肋时间和面积等。根据双膜理论，氧转移的基本方程式为： （2-8） （2-9）式中，液相主体中氧转移速度mg/(L.min)； 液膜处饱和溶解氧浓度(mg/L)； 液相主体中溶解氧浓度(mg/L)； 氧总转移系数； 氧分子在液膜中的扩散系数； 气液两相接触界面面积(m2)； 液膜厚度(m)； 曝气液体容积(L)； 液膜中氧分子传质系数，。由于液膜厚度及两相接触界面面积很难确定，因而用氧总转移系数值代替。值与温度、水

18、紊动性、气液接触面面积等有关。它指的是在单位传质动力下，单位时间内向单位曝气液体中充入氧量，它是反映氧转移速度的重要指标。将式(2-8)积分整理得到曝气设备氧总转移系数值计算式，即 （2-10）式中，曝气池内液体饱和溶解氧(mg/L)； 曝气初始时，曝气池内溶解氧浓度(一般取t = 0时，=0)（mg/L）； t时刻曝气筒内溶液溶解氧浓度(mg/L)； t曝气时间(min)； 氧总转移系数(1/min)。由式（2-10）可求出： 求出实验中，并用式，求； 由下式求充氧能力：三、实验设备曝气筒、搅拌机、调速仪、天平、温度计等。四、实验步骤1测水温并查该温度下；2计算并称量脱氧剂及催化剂量；计算水

19、样V0.02 m3；由，V计算脱氧剂无水Na2SO3及催化剂CoCl26H2O量。由2Na2SO3 O2 = 2Na2SO4 得O2/2Na2SO332/(2×126)=1/8。即脱氧剂理论用量为水中溶解氧8倍，考虑水中杂质会消耗一部分Na2SO3，故Na2SO3量为理论值1.5倍，即1.5×8V=12V (=?,V =0.02m3)。实验表明水中有效Co2+=0.4 mg/L较好，CoCl26H2O / Co2+=238/59=4.0, 故在实验中Co盐投加量为4.0×0.4×V=1.6V (g)。3用温水溶解所称药品并投入曝气池；4开启叶轮，低速搅拌

20、（不曝气）2min后取一样测定DO是否为零；5当DO值为零时加大转速曝气并在1min，2min，3min，5min，7min，9min取6个水样；6用碘量法测每个水样得DO，记录入表。碘量法：在水中依次加1ml MnSO4，1ml碱性KI，待沉淀一半后摇晃，在沉淀一半后加2mlH2SO4溶解并取100ml溶液，用0.025N Na2S2O3 至淡黄色加一滴淀粉变蓝继续滴至无色溶液记录，并计算DONV×8×1000/100。五、结果整理1记录表格表2-10 实验数据整理记录表温度T 时间t（min）123579（mg/L）（mg/L）2以为纵坐标，t为横坐标，作t曲线。3计算

21、及。以dc/dt为纵坐标，Ct为横坐标作曲线，其斜率即为Kla值六 、思考题1本实验方法能否于流式曝气池？为什么？2和的物理意义是什么？曝气池充氧影响的因素有哪些？ 实验九 污水充氧修正系数、测定实验一 、实验目的1掌握、值的测定方法。2理解、值在曝气设备造型中的意义。二、 实验原理氧向水中转移受水中无机物、有机物等影响，转移速率在清水和污水中不同，而评价设备性能指标均为清水中之值，故要引入修正系数。污水中含有各种杂质，特别是某些表面活性物质，如短链脂肪酸和乙醇等，这类物质的分子属两亲分子(极性端亲水、非极性端疏水)。它们将聚集在气液界面上，形成一层分子膜，阻碍氧分子的扩散转移，导致总转移系数

22、值下降，为此引入一个小于1的修正系数。 （2-11） （2-12）由于在污水中含有盐类，因此，氧在水中的饱和度也受水质的影响，对此，引入另一数值小于l的系数予以修正。 （2-13） （2-14）修正系数、值，均可通过对污水、清水的曝气充氧试验予以测定。三 、实验步骤用污水代替清水重复实验八的16步，求出，代入（2-15）、（2-16），求、值。 （2-15） （2-16）四 、数据记录及处理1记录表格表2-11 实验数据整理记录表温度T 时间t（min）123579（mg/L）（mg/L）2以为横坐标，t为纵坐标，作t曲线。3计算。以dc/dt为纵坐标，Ct为横坐标作曲线，其斜率即为Kla值4

23、计算、。实验十 成层沉淀实验一 、实验目的1加深对成层实验的理解；2掌握活性污泥沉淀曲线的测定方法；3了解固定通量分析的过程。二 、实验原理浓度大于某值的高浓度水，如黄河高浊水，活性污泥法曝气池混合液、浓集的化学污泥等，不论其颗粒性质如何，颗粒的下沉均表现为浑浊液面的整体下沉。这与自由沉淀、絮凝沉淀完全不同，后两者研究的都是一个颗粒沉淀时的运动变化特点（考虑的是悬浮物个体），而对成层沉淀的研究却是针对悬浮物整体，即整个浑液面的沉淀变化过程。成层沉淀时颗粒间相互位置保持不变，颗粒下沉速度即为浑液面等速下沉速度。该速度与原水浓度、悬浮物性质等有关。活性污泥在二沉池中沉淀主要为两个因素，污泥自重引起

24、的沉降和污泥回流与排泥产生底泥引起的沉降。上述过程用固体通量公式可表示为 ，式中第一项与污泥性质、浓缩要求、运行方式有关，设计中u取经验值1.4×10-4m/s。第二项与污泥沉降性有关，通过实验可求得。上述公式用固体通量图表示如下：静态浓缩试验（a）不同浓度的界面高度与沉降时间关系图 （b）固体通量与固体浓度关系图图中曲线3上的最低点b对应的固体通量为极限固体通量，极限固体通量可以通过沉淀试验求得。1向下流固体通量： （2-17）2自重压密固体通量： （2-18）3总固体通量： （2-19）成层实验是在静止状态下，研究浑液面高度随沉淀时间的变化规律。以浑液面高度为纵轴，以沉淀时间为横

25、轴，所绘得的Ht曲线，称为成层沉淀过程线，它是求二次沉淀池断面面积的基本资料。 成层沉淀过程线分为四段，如图2-6示。图2-6 成层沉淀过程线 ab段，称之为加速段或污泥絮凝段。此段所用时间很短，曲线略向下弯曲，这是浑液面形成的过程，反映了颗粒絮凝性能。 bc段，浑液面等速沉淀段或叫等浓沉淀区，此区由于悬浮颗粒的相互牵连和强烈干扰，衡了它们各出的沉淀速度，使颗粒群体以共同干扰后的速度下沉，沉速为一常量，它不因沉淀历时的不同而变化。表现在沉淀过程线上，bc段是一斜率不变的直线段，故称为等速沉淀段。 cd段，过渡段又叫变浓区，此段为污泥等浓区向压缩区的过度段，其中既有悬浮物的干扰沉淀，也有悬浮物的

26、挤压脱水作用，沉淀过程线上，cd段所表现出的弯曲，便是沉淀和压缩双重作用的结果，此时等浓区沉淀区消失，故c点又叫成层沉淀临界点。 df段，压缩段，此区内颗粒间互相直接接触，机械支托，形成松散的网状结构，在压力作用下颗粒重新排列组合，它所夹带的水分也逐渐从网中脱出，这就是压缩过程，此过程也是等速沉淀过程，只是沉速相当小，沉淀极缓慢。三、 实验设备沉降柱、搅拌器、秒表、量筒等。四、 实验步骤1配置四组不同浓度混合液分别为4，5，6，7 (g/L)。配置方法：C1V1=C2V2 (C1=10g/L, C2=47g/L, V2=7,V1=?)2将配好的混合液倒入高位水箱，并轻轻搅拌，开启阀门，将混合液

27、注入沉降柱，同时开启电源，进行搅拌。3当出现泥水界面时开始每1min读一次，四次后改为2min读一次，同样记录四组数据，填表。五、 数据记录1记录表格表2-12 实验数据整理记录表时间t（min）1234681012H1（cm）H2（cm）H3（cm）H4（cm）2以t为横坐标，H为纵坐标作曲线图。3以Ht曲线的直线部分求界面流速、（Gg）。表2-13 实验数据整理计算表（mg/L）4以C为横坐标为纵坐标作重力固体通量曲线。六、 思考题实验中活性污泥浓度能否低于500mg/L?实验十一 酸性废水过滤中和实验一 、实验目的1了解滤率与酸性废水浓度、出水pH值关系。2掌握酸性废水中和原理及工艺。二 、实验原理许多工业废水呈酸性，在排放水体或进行生物处理或化学处理之前，必须进行中和使废水pH值为6.58.5。但对于工业废水中酸碱物质浓度高达3%5%的废水，应首先考虑其回收，回收采用的主要方法有真空浓缩结晶法、薄膜蒸发法、加铁屑生产硫酸亚铁法（对含硫酸工业废水）等。一般低浓度的酸碱废水无回收价值，必须进行中和处理。对酸性废水来说中和处理方法一般有酸碱废水相互中和、投药中和与过滤中和等3种。过滤中和法常用石灰石、白云石或